JP3208104U - リチウム電池モジュールのアンバランス解消システム - Google Patents

Abstract

【課題】リチウム電池モジュールのアンバランス解消システムを提供する。【解決手段】ケーシングと、複数の充電モジュール１２と、電気入力変換モジュール１３と、電気伝送ポート１４と、を備えるリチウム電池モジュールのアンバランス解消装置１と、コイルアセンブリ２と、を備える。ケーシングの内部には収容空間１１１が形成されており、かつ、ケーシングの正面には収容空間へと連絡する複数の貫通孔１１２が開設されている。複数の充電モジュールは、収容空間の内部に並列に配置されていて、その正面には貫通孔に対応した指示パネル１２１が設けられている。電気入力変換モジュールは、収容空間に内設されており、充電モジュールと電気的に接続され、外部電源と電気的に接続され、入力電気を必要な電圧に変換し、電流を充電モジュールのそれぞれに供給する。電気伝送ポートは、充電モジュールと電気的に接続され、コイルアセンブリは、リチウム電池モジュール３と電気的に接続していて、電気コネクタ２１を備える。【選択図】図１

Description

本考案はリチウム電池充電装置の分野に関し、特にリチウム電池モジュールのアンバランス解消装置及びコイルアセンブリに関する。リチウム電池モジュールの各リチウム電池セルに対して単独に充電することによって、従来の充電装置が複数のリチウム電池セルへ同時に充電するときに引き起こされるアンバランス現象を解決できる。

そもそも、リチウムイオン電池はリチウムイオンを吸蔵することによって、化学エネルギーを電気エネルギーに置き換える装置である。リチウム電池が充電されるときに、リチウムイオンがコバルト酸リチウムから放出され、電解質によって負極に伝導される。放電するときの化学反応は、その逆方向で行われる。リチウム電池は一般として、正極の使用部材によって、コバルト酸リチウム電池（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムマンガン電池（ＬｉＭｎＯ２）、リチウムニッケル電池（ＬｉＮｉＯ２）、リン酸鉄リチウム電池（ＬｉＦｅＰＯ４）等に分けられる。さらに、負極の部材は、いまのところ合成黒鉛、改質自然黒鉛が主に用いられる。

近年、二酸化炭素排出を少なくする環境保護のアピールに応えるために、高エネルギー密度、ハイパワー、かつ、長寿命等の優位性を持つリチウム電池の適用範囲が３Ｃ電子製品から徐々に各種の電気自動車やハイブリッド車に普及しつつある。その主な原因は、従来の酸塩またはニッケルカドミウム電池には充放電の問題がないものの、重量が重いことや使用後の環境汚染問題が残ることにある。そのため、リチウム電池の研究開発がますます進展することにつながっている。

しかしながら、現在世界で各種のリチウム電池に充電する充電装置のすべてがリチウム電池モジュールの合計電圧に充電する仕組みであり、リチウム電池モジュールの内部に電池管理システム（ＢＡＴＴＥＲＹ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＳＹＳＴＥＭ，ＢＭＳ）を設けている。リチウム電池セルにアンバランスが生じると、状態が良いリチウム電池セルは、短時間の充電で高電圧保護点に達し、保護のために電池管理システムの回路によって、充電を中止される。仮にその内部に平衡抵抗器が設置されても、この差異を補うことはできず、グループと異なるリチウム電池セルの満充電はできない。加えて、外部モジュール全体の合計電圧がすでに高レベルに達しているため、次回充電するときに、満充電できないリチウム電池セルがいち早く使い切られ、電池管理システムの定電圧保護が作動し、回路をオフする。そのため使用時間が大幅に短縮されてしまい、これが問題となる。しかも、リチウム電池全体の容量もますます少なくなり、電気自動車であれば走行キロ数が少なくなるという問題になる。そのため、取り外して点検修理しなければならなくなり、また充電を繰り返しても回復されない。とにかく、内部の一つのリチウム電池セルに充電することが出来なくなり、電池セルのアンバランス問題を根本的に解決できない。

そのために、考案者はリチウム電池モジュールのアンバランス解消装置及びそのコイルアセンブリを考案した。本考案の設計によって、リチウム電池モジュールの各リチウム電池セルをそれぞれ単独に充電することにより、従来のリチウム電池モジュールが複数回の充放電を繰り返した後、内部の各リチウム電池セルのアンバランスにより容量が低下し満充電できない問題の解決を図る。

本考案の一つの目的は、リチウム電池モジュールのアンバランス解消装置及びコイルアセンブリを備えたリチウム電池モジュールのアンバランス解消システムを提供する。セルごとに独立回路をもって独立した充電モジュールを用いて、リチウム電池モジュール内部の各リチウム電池セルをそれぞれ充電させ、従来の充電アンバランス課題の解決を図る。

本考案のもう一つの目的は、フェイルセーフ装置を有し、電気コネクタと、電気接続ポートまたは自動検知等の方式により、稼働を単純化し操作の利便性をさらに向上できる、リチウム電池モジュールのアンバランス解消装置及びコイルアセンブリを備えたリチウム電池モジュールのアンバランス解消システムを提供する。

上記目的を達成するために、本考案のリチウム電池モジュールのアンバランス解消装置及びコイルアセンブリを備えたリチウム電池モジュールのアンバランス解消システムは、リチウム電池モジュールと電気的に接続し、リチウム電池モジュールの各リチウム電池セルそれぞれの充電及び調節に用いる。かかるリチウム電池モジュールのアンバランス解消装置は、内部に収容空間が形成されており、かつ、その正面に収容空間に連絡する複数の貫通孔が設けられたケーシングと、収容空間に並列して設けられており、かつ、その正面が貫通孔に対応して、指示パネルが設けられた複数の電気入力変換モジュールと、収容空間に内設され、それらの充電モジュールに電気的に接続し、外部の電源と電気的に接続して、入力電気を所望の電圧及び電流に変換すると共に、各充電モジュールに供給する電気入力変換モジュールと、充電モジュールと電気的に接続する少なくとも一つの電気伝送ポートと、を含む。コイルアセンブリは、リチウム電池モジュールの各リチウム電池セルと電気的に接続しており、かつ、電気接続ポートに対応して、少なくとも一つの電気コネクタを有する。使用するときは、電気コネクタを電気伝送ポートに挿入し、それらの充電モジュールをそれぞれ各リチウム電池セルと電気的に接続して、個別に充電させる。

一実施例において、本考案のリチウム電池モジュールのアンバランス解消装置は、放熱ファンをさらに有しており、放熱ファンはケーシングの表面に取り付けられていて、かつ、電気入力変換モジュールと電気的に接続しており、ケーシング内部に蓄積された熱エネルギーを放出し、それらの充電モジュールの使用寿命を有効に延長できる。

この他に、本考案のリチウム電池モジュールのアンバランス解消装置において、電気伝送ポートはリチウム電池セルの数に合わせて、５ピンコネクタ、９ピンコネクタ、１３ピンコネクタ、１７ピンコネクタ、２１ピンコネクタまたはその組み合わせのいずれか一つを選択することができる。電気伝送ポートが５ピンコネクタのとき、リチウム電池モジュールは、４個のリチウム電池セルと、１２ボルトの電気出力を配置する。電気伝送ポートが９ピンコネクタのとき、リチウム電池モジュールは、８個のリチウム電池セルと、２４ボルトの電気出力を配置する。電気伝送ポートが１３ピンコネクタのとき、リチウム電池モジュールは、１２個のリチウム電池セルと、３６ボルトの電気出力を配置する。電気伝送ポートが１７ピンコネクタのとき、リチウム電池モジュールは、１６個のリチウム電池セルと、４８ボルトの電気出力を配置する。電気伝送ポートが２１ピンコネクタのとき、リチウム電池モジュールは、２０個のリチウム電池セルと、６０ボルトの電気出力を配置する。これらに合わせて、電気コネクタも電気伝送ポートに合わせて、５ピンコネクタ、９ピンコネクタ、１３ピンコネクタ、１７ピンコネクタ、２１ピンコネクタまたはその組み合わせのいずれか一つを選択する。この他に、電気伝送ポートに検知ユニットを有し、電気コネクタを電気伝送ポートに挿入すると、コイルアセンブリがそれらのリチウム電池セルに対応する数を自動に検知して、対応数の充電モジュールに対して充電される。

もう一つの実施例において、本考案のリチウム電池モジュールのアンバランス解消及びコイルアセンブリを備えたリチウム電池モジュールのアンバランス解消システムにおいて、コイルアセンブリは、複数の正極ケーブルと、複数の負極ケーブルと、複数の直列接続ケーブルと、を含む。各正極ケーブルをそれぞれ各リチウム電池セルの正極に接続し、各負極ケーブルをそれぞれ各リチウム電池セルの負極に接続する。各直列接続ケーブルは、隣接する２つのリチウム電池セルの正極と負極との接続に用いられる。正極ケーブルと負極ケーブルとは電気コネクタの内部にまとめられており、直列接続ケーブルが最後にリチウム電池モジュールの正負極に直列接続される。さらに、電気入力変換モジュールによって、１１０Ｖ〜２２０Ｖの電圧が３．６５Ｖ〜４．２Ｖに降圧される。

本考案の好ましい実施例による構造を示す図である。 本考案の好ましい実施例によるコイルアセンブリの取り付け態様を示す図である。 本考案の好ましい実施例において、接続使用を示す図である。

審査官の方々が本考案の内容のさらなる理解を図るため、以下に図面を参照しながら説明する。

図１ないし３は本考案の好ましい実施例による構造を示す図と、立体外観図と、その断面図である。図に示すように、本考案のリチウム電池モジュールのアンバランス解消装置１及びコイルアセンブリ２がリチウム電池モジュール３と電気接続していて、リチウム電池モジュール３の各リチウム電池セル３１それぞれに対して充電及び調節するように提供される。

そのうち、リチウム電池モジュールのアンバランス解消装置１は、ケーシング１１と、複数の充電モジュール１２と、電気入力変換モジュール１３と、複数の電気伝送ポート１４と、指示パネル１２１と、を含む。

ケーシング１１の内部には収容空間１１１が形成されていて、かつ、その正面に収容空間１１１と連絡する複数の貫通孔１１２が開設されている。複数の充電モジュール１２は、収容空間１１１の内部に配列されて設けられていて、その正面には各貫通孔１１２に対応して、指示パネル１２１が設けられている。特に注意したいことは、各充電モジュール１２とも過電圧保護、過電流保護、短絡保護等の機能を有しており、さらに、指示パネル１２１は充電プロセスにおいて、充電電流、充電電圧、充電時間、リチウム電池セル３１の電気容量（パーセント表示）と、満充電までの時間等の充電状態が表示される。電気入力変換モジュール１３が収容空間１１１に内設されていて、かつそれらの充電モジュール１２と電気的に接続されている。電気入力変換モジュール１３は、外部電源（図示しない）と電気的に接続しており、１１０Ｖ〜２２０Ｖの電圧を３．６５Ｖ〜４．２Ｖ、１〜１０アンペアの電流に降圧してから各充電モジュール１２それぞれに供給される。複数の電気伝送ポート１４は各充電モジュール１２とそれぞれ電気的に接続しており、さらに、それぞれの電気伝送ポート１４とそれらの充電モジュール１２との接続方法はそれぞれ異なっていて、使用ニーズに従って、それぞれの電気伝送ポート１４を選択できる。

コイルアセンブリ２はそれぞれリチウム電池モジュール３の各リチウム電池セル３１と電気的に接続されていて、かつ、コイルアセンブリ２は電気伝送ポート１４に合わせて、複数の充電モジュール電気コネクタ２１が設けられ、その数は電気伝送ポート１４の数に対応している。それらの電気コネクタ２１のタイプもそれらの電気伝送ポート１４に合わせて、それぞれ５ピンコネクタ、９ピンコネクタ、１３ピンコネクタ、１７ピンコネクタまたは２１ピンコネクタの組み合わせを選択できる。本考案のコイルアセンブリ２は、充電時の便宜を図るために、あらかじめ独立回路で形成されている。よって、コイルアセンブリ２は、複数の正極ケーブル２２と、複数の負極ケーブル２３と、複数の直列接続ケーブル２４とを含む。各正極ケーブル２２をそれぞれ各リチウム電池セル３１の正極に接続し、各負極ケーブル２３を各リチウム電池セル３１の負極に接続し、各直列接続ケーブル２４は、隣接する２つのリチウム電池セル３１の正極と負極の接続に用いる。それらの正極ケーブル２２と、それらの負極ケーブル２３はまとめて電気コネクタ２１の内部に納められている。正確に言えば、まとめるときは各リチウム電池セル３１と電気コネクタ２１のピン位置に対応しており、それらの直列接続ケーブル２４は最後に、リチウム電池モジュールの正負極に直列接続される。

この他に、特に注意したいことは、本実施例において、複数の電気接続ポート１４の設計を採用しているため、それらの電気伝送ポート１４もリチウム電池モジュール３のリチウム電池セル３１の数に従って、それぞれのタイプを選択される。さらに、市販のリチウム電池モジュール３に適用させるために、本考案人は、５ピンコネクタ、９ピンコネクタ、１３ピンコネクタ、１７ピンコネクタまたは２１ピンコネクタの組み合わせを提供する。電気伝送ポート１４が５ピンコネクタの場合は、リチウム電池モジュール３が４個のリチウム電池セル３１と、１２ボルトの電気出力を配置する。電気伝送ポート１４が９ピンコネクタの場合は、リチウム電池モジュール３が８個のリチウム電池セル３１と、２４ボルトの電気出力を配置する。電気伝送ポート１４が１３ピンコネクタの場合は、リチウム電池モジュール３が１２個のリチウム電池セル３１と、３６ボルトの電気出力を配置する。電気伝送ポート１４が１７ピンコネクタの場合は、リチウム電池モジュール３が１６個のリチウム電池セル３１と、４８ボルトの電気出力を配置する。電気伝送ポート１４が２１ピンコネクタの場合は、リチウム電池モジュール３が２０個のリチウム電池セル３１と、６０ボルトの電気出力を配置する。本考案を適用した場合、操作する人がリチウム電池モジュール３に対応する電気コネクタを２１対応タイプの電気伝送ポート１４に挿入すれば、リチウム電池モジュール３のリチウム電池セル３１と、それに対応する充電モジュール１２とが電気的に接続して、各充電モジュール１２によって、各リチウム電池セルに充電できる。たとえそのうちにアンバランスを要因として満充電できないリチウム電池セル３１があっても、もっとも理想な状態に充電でき、既存のリチウム電池モジュール３内部のアンバランス問題を徹底的に解決できる。

一方、本考案のリチウム電池モジュールのアンバランス解消装置１を用いて充電するときには、熱が発生することがある。ケーシング１１内部が閉鎖されているため、使用時間が長くなると、部品損傷の恐れがある。そのために、ケーシング１１の表面に放熱ファン１５を設けていて、電気入力変換モジュール１３と電気的に接続して、ケーシング１１内部に蓄積された熱エネルギーを素早く放出することができる。

さらに、本考案人のもう一つの構想として、一つの電気接続ポート１４を使用し、検知ユニット１４１と電気的に接続して、電気コネクタ２１内部のピンの数の違いを自動に検出することによって、コイルアセンブリ２がリチウム電池セル３１の数に対応する数に応じて、素早く対応数の充電モジュール１２を駆動し、それらのリチウム電池セル３１を充電する。

１ リチウム電池モジュールのアンバランス解消装置
１１ ケーシング
１１１ 収容空間
１１２ 貫通孔
１２ 充電モジュール
１２１ 指示パネル
１３ 電気入力変換モジュール
１４ 電気伝送ポート
１４１ 検知ユニット
１５ 放熱ファン
２ コイルアセンブリ
２１ 電気コネクタ
２２ 正極ケーブル
２３ 負極ケーブル
２４ 直列接続ケーブル
３ リチウム電池モジュール
３１ リチウム電池セル

Claims (5)

1. リチウム電池モジュールと電気的に接続し、前記リチウム電池モジュールの各リチウム電池セルに対して、それぞれに充電及び調節するリチウム電池モジュールのアンバランス解消装置及びコイルアセンブリを備えたリチウム電池モジュールのアンバランス解消システムであって、
   前記リチウム電池モジュールのアンバランス解消装置は、ケーシングと、複数の充電モジュールと、電気入力変換モジュールと、少なくとも一つの電気伝送ポートと、を備え、
   前記ケーシングの内部には収容空間が形成されており、かつ、前記ケーシングの正面には前記収容空間へと連絡する複数の貫通孔が開設されており、
   前記複数の充電モジュールは、前記収容空間の内部に並列に配置されていて、その正面には前記貫通孔に対応した指示パネルが設けられおり、
   前記電気入力変換モジュールは、前記収容空間に内設されており、前記充電モジュールと電気的に接続され、外部電源と電気的に接続され、入力電気を必要な電圧に変換し、電流を前記充電モジュールのそれぞれに供給するとともに、１１０Ｖ〜２２０Ｖの電圧を３．６５Ｖ〜４．２Ｖに降圧させ、
   前記少なくとも一つの電気伝送ポートは、前記充電モジュールと電気的に接続され、
   前記コイルアセンブリは、前記リチウム電池モジュールの前記各リチウム電池セルそれぞれの配置と電気的に接続していて、前記電気伝送ポートに対応するように少なくとも一つの電気コネクタを備え、
   使用するときは、前記電気コネクタを前記電気伝送ポートに挿入し、前記充電モジュールをそれぞれ前記各リチウム電池セルと電気的に接続し、それぞれの充電を行うことを特徴とする、リチウム電池モジュールのアンバランス解消システム。
2. 前記ケーシングの表面に取り付けられていて、かつ、前記電気入力変換モジュールと電気的に接続しており、前記ケーシングの内部に蓄積された熱エネルギーを放出させる放熱ファンをさらに有することを特徴とする、請求項１記載のリチウム電池モジュールのアンバランス解消システム。
3. 前記電気伝送ポートは前記リチウム電池セルの数に合わせて、５ピンコネクタ、９ピンコネクタ、１３ピンコネクタ、１７ピンコネクタ、２１ピンコネクタまたはその組み合わせのいずれか一つを選択することができ、
   前記電気伝送ポートが５ピンコネクタのとき、前記リチウム電池モジュールは、４個のリチウム電池セルと、１２ボルトの電気出力を配置し、
   前記電気伝送ポートが９ピンコネクタのとき、前記リチウム電池モジュールは、８個のリチウム電池セルと、２４ボルトの電気出力を配置し、
   前記電気伝送ポートが１３ピンコネクタのとき、前記リチウム電池モジュールは、１２個のリチウム電池セルと、３６ボルトの電気出力を配置し、
   前記電気伝送ポートが１７ピンコネクタのとき、リチウム電池モジュールは、１６個のリチウム電池セルと、４８ボルトの電気出力を配置し、
   前記電気伝送ポートが２１ピンコネクタのとき、前記リチウム電池モジュールは、２０個のリチウム電池セルと、６０ボルトの電気出力を配置し、
   前記電気コネクタも前記電気伝送ポートに合わせて、５ピンコネクタ、９ピンコネクタ、１３ピンコネクタ、１７ピンコネクタ、２１ピンコネクタまたはその組み合わせのいずれか一つを選択することを特徴とする、請求項１記載のリチウム電池モジュールのアンバランス解消システム。
4. 前記電気伝送ポートに検知ユニットを有し、
   前記電気コネクタが前記電気伝送ポートに挿入されると、前記コイルアセンブリが前記リチウム電池セルの対応数を自動に検知して、対応数の前記充電モジュールに対して充電することを特徴とする、請求項１記載のリチウム電池モジュールのアンバランス解消システム。
5. 前記コイルアセンブリは、複数の正極ケーブルと、複数の負極ケーブルと、複数の直列接続ケーブルと、を含み、
   前記各正極ケーブルを前記各リチウム電池セルそれぞれの正極に接続し、前記各負極ケーブルを前記各リチウム電池セルそれぞれの負極に接続し、前記各直列接続ケーブルは、隣接する二つの前記リチウム電池セルの正極と負極との接続に用いられ、
   前記正極ケーブルと前記負極ケーブルとは前記電気コネクタの内部にまとめられており、
   前記直列接続ケーブルは、最後に前記リチウム電池モジュールの正負極に直列接続されることを特徴とする、請求項１記載のリチウム電池モジュールのアンバランス解消システム。

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